23种设计模式-访问者(Visitor)设计模式

类图： 访问者设计模式类图

一.什么是访问者模式？

 访问者模式（Visitor Pattern）是一种行为型设计模式，允许在不更改元素类的情况下，为对象结构中的元素增加新的操作。访问者模式通过将操作从元素类中抽离出来，实现操作的扩展。
 在访问者模式中，核心思想是将数据结构和操作分开，数据结构负责提供必要的接口，而具体的操作逻辑由访问者实现。

二.访问者模式的结构

• Visitor（访问者接口）：声明一组访问方法，每个方法对应一种具体的元素类型。
• ConcreteVisitor（具体访问者）：实现访问者接口中声明的操作，对不同的元素提供不同的处理。
• Element（元素接口）：定义一个Accept方法，用于接收访问者对象。
• ConcreteElement（具体元素）：实现元素接口，并在Accept方法中调用访问者的相应方法。
• ObjectStructure（对象结构）：提供元素的容器，负责存储和遍历元素。
  

三.访问者模式的应用场景

1. 数据结构稳定，操作逻辑需要频繁变化：例如编译器中的语法树遍历。
2. 需要对一组不相关的类执行操作：如不同形状的图形对象（圆形、矩形等）。
3. 需要集中管理行为，而不想污染元素类。

四.访问者模式的优缺点

• 优点：
  • 增加新的操作很方便，只需新增一个具体访问者类。
  • 遵循单一职责原则，将操作与元素本身解耦。
• 缺点：
  • 增加新的元素类型需要修改所有访问者，违背了开闭原则。
  • 对象结构不容易扩展。

五.访问者模式的C++实现

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>// 前置声明，避免循环引用
class ConcreteElementA;
class ConcreteElementB;
class Visitor;// 访问者接口（Visitor）
class Visitor {
public:virtual void visitConcreteElementA(ConcreteElementA& element) = 0;virtual void visitConcreteElementB(ConcreteElementB& element) = 0;virtual ~Visitor() = default;
};// 元素接口（Element）
class Element {
public:virtual void accept(std::shared_ptr<Visitor> visitor) = 0;virtual ~Element() = default;
};// 具体元素 A（ConcreteElementA）
class ConcreteElementA : public Element {
public:void accept(std::shared_ptr<Visitor> visitor) override {visitor->visitConcreteElementA(*this);}void operationA() {std::cout << "ConcreteElementA specific operation.\n";}
};// 具体元素 B（ConcreteElementB）
class ConcreteElementB : public Element {
public:void accept(std::shared_ptr<Visitor> visitor) override {visitor->visitConcreteElementB(*this);}void operationB() {std::cout << "ConcreteElementB specific operation.\n";}
};// 具体访问者 1（ConcreteVisitor1）
class ConcreteVisitor1 : public Visitor {
public:void visitConcreteElementA(ConcreteElementA& element) override {std::cout << "ConcreteVisitor1 visiting ConcreteElementA.\n";element.operationA();}void visitConcreteElementB(ConcreteElementB& element) override {std::cout << "ConcreteVisitor1 visiting ConcreteElementB.\n";element.operationB();}
};// 具体访问者 2（ConcreteVisitor2）
class ConcreteVisitor2 : public Visitor {
public:void visitConcreteElementA(ConcreteElementA& element) override {std::cout << "ConcreteVisitor2 visiting ConcreteElementA.\n";element.operationA();}void visitConcreteElementB(ConcreteElementB& element) override {std::cout << "ConcreteVisitor2 visiting ConcreteElementB.\n";element.operationB();}
};// 对象结构（ObjectStructure）
class ObjectStructure {
private:std::vector<std::shared_ptr<Element>> elements;public:void addElement(std::shared_ptr<Element> element) {elements.push_back(element);}void accept(std::shared_ptr<Visitor> visitor) {for (auto& element : elements) {element->accept(visitor);}}
};// 测试代码
int main() {// 创建对象结构ObjectStructure objectStructure;// 添加元素objectStructure.addElement(std::make_shared<ConcreteElementA>());objectStructure.addElement(std::make_shared<ConcreteElementB>());// 创建访问者 1 并访问std::shared_ptr<Visitor> visitor1 = std::make_shared<ConcreteVisitor1>();std::cout << "Using ConcreteVisitor1:\n";objectStructure.accept(visitor1);// 创建访问者 2 并访问std::shared_ptr<Visitor> visitor2 = std::make_shared<ConcreteVisitor2>();std::cout << "\nUsing ConcreteVisitor2:\n";objectStructure.accept(visitor2);return 0;
}

六.访问者模式的JAVA实现

// 抽象访问者
interface Visitor {void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA elementA);void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB elementB);
}// 具体访问者1
class ConcreteVisitor1 implements Visitor {@Overridepublic void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA elementA) {System.out.println("ConcreteVisitor1 visiting ConcreteElementA");}@Overridepublic void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB elementB) {System.out.println("ConcreteVisitor1 visiting ConcreteElementB");}
}// 具体访问者2
class ConcreteVisitor2 implements Visitor {@Overridepublic void VisitConcreteElementA(ConcreteElementA elementA) {System.out.println("ConcreteVisitor2 visiting ConcreteElementA");}@Overridepublic void VisitConcreteElementB(ConcreteElementB elementB) {System.out.println("ConcreteVisitor2 visiting ConcreteElementB");}
}// 抽象元素
abstract class Element {public abstract void Accept(Visitor visitor);
}// 具体元素A
class ConcreteElementA extends Element {@Overridepublic void Accept(Visitor visitor) {visitor.VisitConcreteElementA(this);}public void OperationA() {System.out.println("ConcreteElementA specific operation.");}
}// 具体元素B
class ConcreteElementB extends Element {@Overridepublic void Accept(Visitor visitor) {visitor.VisitConcreteElementB(this);}public void OperationB() {System.out.println("ConcreteElementB specific operation.");}
}// 对象结构
class ObjectStructure {private final List<Element> elements = new ArrayList<>();public void Add(Element element) {elements.add(element);}public void Accept(Visitor visitor) {for (Element element : elements) {element.Accept(visitor);}}
}// 客户端代码
public class VisitorPatternDemo {public static void main(String[] args) {// 创建对象结构ObjectStructure structure = new ObjectStructure();// 添加具体元素structure.Add(new ConcreteElementA());structure.Add(new ConcreteElementB());// 创建并使用访问者1ConcreteVisitor1 visitor1 = new ConcreteVisitor1();structure.Accept(visitor1);// 创建并使用访问者2ConcreteVisitor2 visitor2 = new ConcreteVisitor2();structure.Accept(visitor2);}
}

七.代码解释

1. Element 接口和 ConcreteElement：
   • Element接口定义了一个accept方法，具体元素类需要实现该方法，并在其中调用访问者的相应方法。
2. Visitor 接口和 ConcreteVisitor：
   • Visitor接口声明了针对每种具体元素的访问方法。
   • ConcreteVisitor1和ConcreteVisitor2实现了Visitor接口，并定义了对ConcreteElementA和ConcreteElementB的具体操作。
3. ObjectStructure 类：
   • ObjectStructure维护了一个元素集合，并提供accept方法，用于将访问者传递给集合中的每个元素。
4. 测试代码：
   • 创建了一个对象结构，并添加了两种具体元素。
   • 使用两个不同的访问者访问元素集合，展示了访问者模式的扩展性。

八.总结

 访问者模式是一种将操作和数据结构分离的强大工具。当需要频繁添加新的操作或行为时，它提供了扩展性良好的解决方案。通过访问者模式，可以大幅简化复杂操作的管理，提升代码的可读性和维护性。